基于提升学生核心素养的高中物理习题教学

摘 要：高中物理课程注重提高学生核心素养，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面展现物理学科的育人功能。高中物理教材精心编排了多样化的练习题目。在教学实践中，教师需优化教学策略，精心挑选那些能够促进物理观念的形成、锻炼科学思维、加强科学探究能力以及培育积极科学态度的习题，以此全方位提升学生核心素养。

关键词：高中物理；核心素养；物理习题；教学策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）9-0083-4

高中物理新教材充分体现了课程标准的精神，其物理习题涵盖了广泛的内容、全面的素养，并与实际应用紧密相连。特别是新司南版（鲁科版）教材的习题设计，层次清晰，能够针对不同层次学生的科学思维能力进行有针对性的培养，使各层次学生通过习题练习，有效地对自己的学习进行自我评价。这一改进打破了传统教材习题数量较少、难度较低的局限，减少了教师依赖多本教辅材料来检测学生学习漏洞的需求，有效减轻了学生的学业和经济负担［１］。在高中物理习题教学中，教师应以物理课程目标为导向，大胆创新教学策略，对习题的背景素材、设问角度、思维内容及教学方法进行革新，深入挖掘物理习题的育人价值，以全面提升学生的核心素养。

１ 物理核心素养及水平划分

物理学科核心素养是物理学科育人价值的核心体现，通过物理学习，学生将逐步形成正确的价值观、必备的品格和关键能力，为其终身发展、社会适应及未来挑战奠定坚实基础。物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面［２］，并可根据能力水平划分为五个等级。

2 高中物理新教材的习题特点

以人教版教材为例，分析高中物理新教材的习题特点。人教版高中物理新教材在习题设计上进行了显著改进，背景情境多样化，紧跟科技进步与社会发展的步伐；习题类型典型化，注重训练学生解决物理问题的能力；习题问题开放化，强调学生创新能力的培养［３］。从提升核心素养的角度来看，教材习题具备情境性、创新性、探究性和科学性等特征。

２．１ 物理习题的情境性

习题设计紧密结合真实的问题情境，运用文字、图像、表格、照片等多种形式进行描述。例如，必修一第三章第５节的例题１，以幼儿园儿童滑梯为背景，探讨了物理原理在现实生活中的应用，如图１（ａ）所示。由于场地的限制，滑梯的水平跨度设计为６ ｍ，儿童裤料和滑板间的动摩擦因数 μ＝０．４，儿童能够在滑板上滑下，那么滑梯设计至少应多高？又如，必修一第四章章末习题Ｂ组第５题，通过圆珠笔在地铁启动过程中的摆动现象，引导学生进行探究。题目描述了一位乘客在一根细绳下端绑上圆珠笔，并将其上端固定在地铁的竖直扶手上，如图１（ｂ）所示。在地铁加速过程中，细绳偏离竖直方向，形成一个夹角θ。学生需用手机拍下细绳和圆珠笔运动状态的照片，并根据照片估算此时地铁的加速度大小，这样的习题设计既增强了学生对物理现象的理解，又培养了其解决实际问题的能力。

２．２ 物理习题的创新性

教材中的习题设计旨在促使学生运用多种逻辑思维方法，如分析、综合、抽象、概括、归纳与演绎等，来解决物理问题，以此培养学生的创新能力。

必修一第三章章末习题Ｂ组第２题描述了一台空调外机通过两个三角形支架固定在外墙上，其中一个支架受到空调外机的压力，该压力恰好作用在支架横梁和斜梁的连接点Ｏ的上方，大小为 ２００ Ｎ。横梁 ＡＯ 水平，斜梁 ＢＯ 与横梁的夹角为 ３７°，如图２（ａ）所示。要求学生计算横梁对O点的拉力大小和斜梁对O点的压力大小。此外，题目还要求学生讨论如果斜梁加长但连接点Ｏ位置和横梁ＡＯ的水平状态保持不变时，横梁和斜梁对O点的作用力大小将如何变化。

必修二第八章章末习题Ｂ组第３题描述了一个风力发电机的叶片在转动过程中形成一个半径为２０ ｍ的圆面，如图２（ｂ）所示。已知风速为６．０ ｍ/ｓ，风向垂直于叶片形成的圆面，空气密度为１．２ ｋｇ/ｍ3。题目要求学生计算在给定时间内，风力发电机将圆面内１０％的空气动能转化为电能的发电功率。

这两道题目都是典型的物理应用题，要求学生将理论知识与实际问题相结合，通过分析和计算来解决问题。这样的习题设计不仅加深了学生对物理概念的理解，还锻炼了他们的创新思维和解决问题的能力。

２．３ 物理习题的探究性

教材中的习题旨在加强学生的科学探究能力，鼓励他们大胆设计实验方案，进行实验操作，分析实验数据，并得出结论，以此培养学生的实践能力。

必修一第三章章末习题Ａ组第３题要求学生设计一个实验来测量桌面与纸张之间的动摩擦因数μ。学生需要绘制实验的示意图，详细说明测量方案和具体操作步骤，并写出用于测量的计算公式。这类题目旨在培养学生的实验设计能力、动手操作能力以及数据分析能力。

必修二第五章章末习题Ｂ组第２题描述了一个环保人员在工作中发现一根水平放置的排污管正在排出污水，且管道离地面有一定的高度（图3）。环保人员仅有一把卷尺，需要估算该管道的排污量。学生需要写出计算每秒钟排出污水体积的表达式。这类题目要求学生运用物理原理解决实际问题，培养学生的科学探究和创新能力。

教师在指导这类实验探究题时，应鼓励学生积极思考，勤于动手实践，从而提高他们的探究能力和创新能力。通过这样的习题训练，学生不仅能够加深对物理知识的理解，还能够学会如何将理论知识应用于实际问题的解决中。

２．４ 物理习题的科学性

高中物理教材习题设计旨在揭示事物的本质和内在规律，同时注重培养学生的科学态度与责任感。学生通过学习物理，逐渐培养出实事求是、坚持不懈的科学态度，以及对环境保护和资源节约的责任感。

选择性必修一第一章章末习题Ａ组第５题要求学生讨论习题数据的科学性，以木槌打糍粑为情境，如图 ４（ａ）所示。题目表述为：“已知木槌质量为１８ ｋｇ，木槌刚接触到糍粑时速度是２２ ｍ/ｓ，打击糍粑０．１ ｓ后木槌静止，求木槌打击糍粑时平均作用力的大小。”然而，题目数据显然不符合实际情况，这可能是为了引发学生对数据真实性的质疑，培养他们的批判性思维和科学态度。

必修第三册第十三章第４节课后习题第３题以“天宫一号”太空授课为情境，要求学生根据地球半径（６ ４００ ｋｍ）和天宫一号在轨运行的轨道半径（６ ７４０ ｋｍ），计算航天员在太空授课的实时画面从“天宫一号”空间实验室传到地面接收站的最短时间，如图４（ｂ）所示。这类题目不仅考查学生对物理知识的理解和应用，还旨在激发学生对航天科学的兴趣，培养他们的科学探究能力和对太空探索的责任感。

这些习题的设计旨在通过真实或模拟的情境激发学生的科学兴趣，培养他们的科学探究能力和责任感。同时，也锻炼了学生运用物理知识解决实际问题的能力。教师在指导学生解答这类习题时，应鼓励学生保持批判性思维，对题目数据和分析过程进行合理质疑和验证。

3 高中物理习题教学的教学策略

高中物理习题教学应当采用创新的教学策略，以提升学生的学科核心素养。

３．１ 创设真实情境，形成物理观念

习题教学应创设真实的问题情境，帮助学生形成清晰的物理观念，并能够正确描述和解释自然现象。此外，学生应学会运用物理知识解决实际生活中的问题。例如，通过结合球类运动引入抛体运动的概念，分析不同运动方式的共同点，从而建立抛体运动的概念。然后，结合高考试题研究抛体运动规律，如２０２３年全国甲卷第１题，分析铅球在空中运动过程中的物理特性。

３．２   进行迁移发散，训练科学思维

习题教学应注重一题多解、一题多问和一题多变的方法，以训练学生的科学思维。例如，在学习速度选择器时，引导学生总结其工作原理，并比较其他仪器与速度选择器工作原理的相似之处。此外，高考试题中的行星追及问题，如２０２２年湖南卷第８题，考查同一平面内运动的物理原理，如图５（ａ）所示。而２０２３年重庆卷第１０题则进行了发散迁移，考查了卫星在两个不同平面内的运动情况，如图５（ｂ）所示。通过以上教学策略，学生能够更好地理解和应用物理知识，培养科学思维和探究能力，从而提升学科核心素养。

３．３ 设计学生实验，强化科学探究

习题教学应引导学生从多个角度设计实验、制订实验计划、开展实验、分析实验数据、得出实验结论。例如，在测量重力加速度时，除了教材中使用的打点计时器和重锤方法，学生可以创新地尝试其他实验方案，如利用井深和物体下落时间来粗略测量，或使用光电门和数字计时器、频闪照相、滴水法、智能手机加速度传感器，甚至利用单摆来测量重力加速度。这些实验方法可以激发学生的思维活力，培养他们的实验设计和执行能力。

３．４ 精选科技成就，培养科学态度

习题教学应融入时代热点和科技成就，展示我国科技进步，以此培养学生实事求是、严谨踏实的科学态度和学以致用、客观理性的科学精神。例如，可以讨论２０１５年嫦娥三号登月探测器的着陆过程，要求学生计算探测器刚到达月球表面时的速度，如图６（ａ）所示。嫦娥三号靠近月球以后，先在月面上方一定高度处悬停，然后关闭发动机，以１．６ ｍ/ｓ２的加速度匀加速下降，经过２．２５ ｓ到达月面，求探测器刚到达月球表面时的速度。此外，可以探讨明代宋应星在《天工开物》中提出的测量弓力大小的方法：以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压。意思是：可以用脚踩弓弦两端，将秤钩钩住弓的中点往上拉，弦满之时，推移秤锤称平，即可得到弓力的大小，原理如图６（ｂ）所示。

总之，物理习题教学应创设真实的问题情境，引导学生深入剖析实际问题，让学生经历科学探究的全过程，包括提出问题、猜想和假设、设计方案、进行实验、质疑和创新，从而全面提升学生的核心素养。

参考文献：

［１］邓磊，蒋敏．从我国５版高中物理新教材的难度探索教材改革和发展路径［Ｊ］． 物理教师，２０２１，42（１０）：２－７．

［２］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［３］许月仙，袁海泉．人教版高中物理新教材（必修部分）习题设置特征分析［Ｊ］．物理通报，２０２０（７）：１２４－１２９．

［４］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中教科书物理必修第一册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［５］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中教科书物理必修第二册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［６］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中教科书物理选择性必修第一册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．（栏目编辑 贾伟尧）